不同处理条件下生物质炭的元素含量及官能团数量变化特征分析

摘要

由于生物质炭具有特殊的理化性质，在农业领域中改良土壤，在环境领域中吸附污染物及净化水质，而在新能源领域都具有较大的潜力，生物质炭成为近年来研究热点。制备生物质炭的原材料种类多，制备和处理方法多样，影响着生物质炭的性能。本研究采用芦苇为原材料制备的的生物质炭，分不同制备温度：350℃和600℃，同时进行洗涤与未洗涤处理，最后在淹水（Y）、干湿交替（J）、75%田间持水量3种水分条件下对生物质炭进行土壤网格培养，共分为6个周期，通过元素分析仪和Boehm滴定法测定生物质炭元素各组成含量及表面碱性官能团和酸性官能团数量随着培养时间的变化规律。 依据本实验研究主要得出以下结论： （1）350℃和600℃下制备的生物质炭经不同水分培养后，生物质炭元素组成含量依旧是C含量最高，N、H元素含量较低，不同热解温度下均有C、N含量随着制备温度的增加而增加，C、N元素含量和裂解温度呈正相关关系。H元素含量随着制备温度的降低而增高，和裂解温度呈负相关关系。此外，淹水处理、干湿交替和75%田间持水量处理随着培养周期的延长均降低了生物质炭C元素百分含量，但淹水处理降低C含量的幅度＞干湿交替和75%田间持水量处理。淹水处理和干湿交替均降低了生物质炭N元素含量，但75%田间持水量处理提高了生物质炭N元素含量，降低影响程度从高到底依次为：淹水处理＞干湿交替＞75%田间持水量处理。3种水分处理下随着培养时间的延长均降低了生物质炭H元素含量，对H元素含量影响最大的是干湿交替，按从高到底依次为干湿交替＞淹水＞75%田间持水量处理。淹水处理、干湿交替和75%田间持水量处理随着培养时间的延长均降低了生物质炭C/N值，对C/N值影响最大的是淹水处理，其次是干湿交替，最后是75%田间持水量处理。3种水分都对C/H值产生影响，随着培养时间的延长均降低了生物质炭的C/H值，降低幅度从高到底依次是淹水处理＞干湿交替＞75%田间持水量处理。 （2）洗涤与未洗涤对生物质炭也产生较大影响，总体上350℃下，未经洗涤处理的生物质炭，更有利于C、N、H元素含量和C/N、C/H值的增加，除了75%田间持水量下的C/N和干湿交替处理下的C/H，洗涤与未洗涤对600℃下制备的生物质炭的影响未发现一致规律。 （3）淹水处理、干湿交替、75%田间持水量处理整体上均提高了生物质炭酚羟基、内酯基、碱性官能团的数量，但明显降低了羧基的数量。不同温度经过不同水分处理后，发先温度对各酸性官能团指标的影响并未表现出一致的规律，而洗涤与未洗涤进行对比发现，淹水处理、干湿交替、75%田间持水量处理未经过洗涤处理更有利于酚羟基、内酯基、碱性官能团的数量的增加，除了75%田间持水量处理下洗涤更利于羧基数量的积累。 （4）不同制备温度下的生物质炭经淹水、干湿交替、75%田间持水量培养后，生物质炭的碱性官能团数量随培养时间的延长呈现逐渐上升的趋势，高温下制备的生物质炭碱性官能团数量始终要较高于低温下制备的生物质炭碱性官能团数量。淹水处理、干湿交替、75%田间持水量处理对碱性官能团数量影响程度不一，表现为淹水处理＞75%田间持水量＞干湿交替，其中干湿交替处理对生物质炭的碱性官能团数量的影响极小，无明显变化特征。

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摘 要

Abstract

研究背景和选题意义

国内外研究进展

生物质炭各元素含量变化研究

生物质炭表面含氧官能团种类及数量的变化

研究内容与技术路线

研究内容

1.3.2 技术路线

样品制备处理与研究方法

2.1 样品采集与处理

2.1.1 土壤样品的采集与处理

2.1.2 生物质炭的制备和处理

2.1.3 生物质炭的培养实验

2.2 样品的测定与计算

2.2.1 生物质炭元素组成含量的测定

2.2.2 生物质炭表面官能团数量的测定

2.3 数据处理方法

第三章 不同处理条件下生物质炭元素组成含量变化特征

3.1未培养生物质炭元素组成含量的变化特征

3.2 不同处理条件下生物质炭C元素含量的变化特征

3.3 不同处理条件下生物质炭N元素含量的变化特征

3.4 不同处理条件下生物质炭H元素含量的变化特征

3.5 不同处理条件下生物质炭C/N的变化特征

3.6 不同处理条件下生物质炭C/H值的变化特征

3.7小结

第四章 不同处理条件下生物质炭表面官能团数量变化特征

4.1 未培养阶段生物质炭表面酸、碱性性官能团数量的变化

4.2 不同处理条件下生物质炭表面酚羟基数量的变化

4.3 不同处理条件下生物质炭表面内酯基数量的变化

4.5 不同处理条件下生物质炭表面碱性官能团数量的变化

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 不足之处

5.3 研究展望